理学组成原理.pptx

对指令系统的要求对指令系统的要求完备性完备性:指令齐全，编程方便指令齐全，编程方便高效性：高效性：占内存少，运行省时占内存少，运行省时规整性：规整性：指令与运算规则统一指令与运算规则统一兼容性：兼容性：新旧机指令软件兼容新旧机指令软件兼容当前的计算机指令系统，从其构成的复杂和完备程度，当前的计算机指令系统，从其构成的复杂和完备程度，或者说设计中追求的不同的目标区分，可分为或者说设计中追求的不同的目标区分，可分为 CISC CISC 和和RISC RISC 两类：两类：RISCRISC（Reduced Instruction Set ComputerReduced Instruction Set Computer）,通常称为通常称为精简指令系统的计算机，只有数目较少、格式与功能简单、精简指令系统的计算机，只有数目较少、格式与功能简单、运行高效的指令，追求的是计算机控制器实现简单，运行高运行高效的指令，追求的是计算机控制器实现简单，运行高速，更容易在单块超大规模集成电路中芯片内制做出来。速，更容易在单块超大规模集成电路中芯片内制做出来。CISC CISC（Complex Instruction Set ComputerComplex Instruction Set Computer）,通常称通常称为复杂指令系统的计算机，是相对于为复杂指令系统的计算机，是相对于 RISC RISC 一词而提出来的一词而提出来的一种说法。其特点是：指令条数多，格式多样，寻址方式复一种说法。其特点是：指令条数多，格式多样，寻址方式复杂，每条指令的功能强，优点是汇编程序设计容易些，但计杂，每条指令的功能强，优点是汇编程序设计容易些，但计算机控制器的实现困难多，很多指令被使用的机会并不多。算机控制器的实现困难多，很多指令被使用的机会并不多。返回返回第第1页页/共共49页页指令字长指令字长 指一条指一条指令中包含的二进制码位数指令中包含的二进制码位数。指令字长选取原则：指令字长选取原则：(1)长度尽可能短，以节省存储空间和提高长度尽可能短，以节省存储空间和提高 处理速度；处理速度；(2)指令中各信息位利用率尽可能高。指令中各信息位利用率尽可能高。常见结构：常见结构：(1)等长指令字结构：等长指令字结构：指令系统的所有指令长度相等。指令系统的所有指令长度相等。特点：结构简单，通常取：指令字长特点：结构简单，通常取：指令字长=机器字长。机器字长。(2)变长指令字结构：变长指令字结构：各种指令长度不等，如半字长、各种指令长度不等，如半字长、单字长、双字长等等。特点：结构灵活，能充分利用指单字长、双字长等等。特点：结构灵活，能充分利用指令信息位，但指令的分析复杂。令信息位，但指令的分析复杂。指令字长指令字长第第2页页/共共49页页 操作码字段操作码字段 地址码字段地址码字段 返回返回指令的一般格式：指令的一般格式：机器指令格式机器指令格式操作码操作码：表示指令的操作性质，即指令要表示指令的操作性质，即指令要 完成的功能。完成的功能。地址码地址码：指出操作数的地址，即指令操指出操作数的地址，即指令操 作对象所在的位置。作对象所在的位置。第第3页页/共共49页页 指令地址码字段的格式指令地址码字段的格式通常按所能给出的通常按所能给出的操作操作数地址的个数数地址的个数进行安排。常用的有以下格式。进行安排。常用的有以下格式。1、三地址指令、三地址指令 操作码操作码 A1 A2 A3(A1)OP(A2)A3 指令中的三个地址，指令中的三个地址，既可以是内存地址，也可以是既可以是内存地址，也可以是通用寄存器号通用寄存器号，根据操作数所处位置有：，根据操作数所处位置有：存储器存储器存储器型（存储器型（SS型）指令型）指令寄存器寄存器寄存器型（寄存器型（RR型）指令型）指令存储器存储器寄存器型（寄存器型（SR型）指令型）指令地地 址址 码码 字字 段段第第4页页/共共49页页 3、一地址指令、一地址指令 操作码操作码 A (AC)OP(A)AC 4、零地址指令、零地址指令 操作码操作码适用于控制类指令或堆栈结构计算机，适用于控制类指令或堆栈结构计算机，(SP)OP(SP-1)SP-1 2、二地址指令、二地址指令 操作码操作码 A1 A2(A1)OP(A2)A1第第5页页/共共49页页 为了表示不同功能的指令，指令格式中为每一为了表示不同功能的指令，指令格式中为每一条指令都要安排一个条指令都要安排一个唯一唯一的操作码。的操作码。操作码字段位数选取操作码字段位数选取原则原则：应能表示指令系统：应能表示指令系统中的中的全部指令全部指令。常用操作码格式：常用操作码格式：1、定长操作码、定长操作码指令系统中所有指令的操作码位数一致。指令系统中所有指令的操作码位数一致。特点：特点：译码结构简单，译码时间短。译码结构简单，译码时间短。常用于字长较长的大、中型机。常用于字长较长的大、中型机。操操 作作 码码 字字 段段第第6页页/共共49页页2、可变长操作码、可变长操作码指令系统中各种指令的操作码位数不一致。指令系统中各种指令的操作码位数不一致。特点：特点：可充分利用指令信息位，有效地压缩操可充分利用指令信息位，有效地压缩操 作码的平均长度。作码的平均长度。广泛用于字长较短的广泛用于字长较短的 小、微型机。小、微型机。操作码的扩展方法操作码的扩展方法思想：思想：当指令总长度不变，且多种地址码结构当指令总长度不变，且多种地址码结构混合使用时，可使用地址码个数较少的指令空出的混合使用时，可使用地址码个数较少的指令空出的地址码部分，来增加操作码的位数。地址码部分，来增加操作码的位数。指令操作码扩展方法举例指令操作码扩展方法举例第第7页页/共共49页页15 12 11 6 5 0 OP A1 A2 1111 000000 A 1111 000001 A 1111 111110 A 1010位操作码位操作码 2 26 6-1=63-1=63条条一地址指令一地址指令 1111 111111 000000 1111 111111 000001 1111 111111 111111 1616位操作码位操作码 2 26 6=64=64条条零地址指令零地址指令 0000 A1 A2 0001 A1 A2 1110 A1 A2 4 4位操作码位操作码 2 24 4-1=15-1=15条条二地址指令二地址指令第第8页页/共共49页页操作数类型：操作数类型：地地 址：址：在指令中出现为了获得操作数，可看在指令中出现为了获得操作数，可看 作无符号整数。作无符号整数。数数 字：字：包括定点数、浮点数和十进制数。包括定点数、浮点数和十进制数。字字 符：符：包括单字符、字符串和文本。包括单字符、字符串和文本。逻辑数：逻辑数：逻辑数形式上与数值数据无区别，但逻辑数形式上与数值数据无区别，但 逻辑数逻辑数n位间无数值和位权关系，运位间无数值和位权关系，运 算时按位进行。算时按位进行。二、操作数类型和操作类型二、操作数类型和操作类型第第9页页/共共49页页 机器字长机器字长指指CPU一次能处理数据的最长位数。一次能处理数据的最长位数。为了支持各种不同数据类型，每台处理器能处理多为了支持各种不同数据类型，每台处理器能处理多种不同字长数据。例如种不同字长数据。例如Pentium可处理数据字长有：可处理数据字长有：8（字节）、（字节）、16（字）、（字）、32（双字）、（双字）、64（四字）；（四字）；PowerPC可处理可处理8（字节）、（字节）、16（半字）、（半字）、32（字）、（字）、64（双字）。不同字长的数据在内存存放有两种方（双字）。不同字长的数据在内存存放有两种方式，即式，即边界对准边界对准和和边界不对准边界不对准。数据在存储器中的存放方式：数据在存储器中的存放方式：第第10页页/共共49页页 机器字长和存储字长均为机器字长和存储字长均为3232位，若位，若CPUCPU可处可处理字节、半字、字和双字，采用理字节、半字、字和双字，采用“边界对准边界对准”方方式时，不同字长数据在内存存放形式如下：式时，不同字长数据在内存存放形式如下：双字双字字（地址字（地址8 8）字（地址字（地址0 0）字节（地址字节（地址7 7）字节（地址字节（地址5 5）字节（地址字节（地址6 6）字节（地址字节（地址4 4）半字（地址半字（地址1414）半字（地址半字（地址1212）0双字（地址双字（地址1616）81216204 字节存放次序可按字节存放次序可按低位字节低地址或低位字节低位字节低地址或低位字节高地址两种方式存放高地址两种方式存放。当所存储数据不能满足此要。当所存储数据不能满足此要求时，可填充一至多个空白字节。求时，可填充一至多个空白字节。第第11页页/共共49页页字（地址字（地址8 8）字（地址字（地址0 0）字节（地址字节（地址5 5）字节（地址字节（地址4 4）半字（地址半字（地址1414）半字（地址半字（地址1212）0812412字（地址字（地址0 0）字节（地址字节（地址5 5）字节（地址字节（地址4 4）半字（地址半字（地址1414）半字（地址半字（地址1212）084字（地址字（地址6 6）字（地址字（地址8 8）半字（地址半字（地址1010）按边界对准方式，且低位字节放在低地址。按边界对准方式，且低位字节放在低地址。按边界不对准方式，且低位字节放在低地址。按边界不对准方式，且低位字节放在低地址。特点：存储空间利用率高，但存取速度受到影响。特点：存储空间利用率高，但存取速度受到影响。第第12页页/共共49页页1 1、数据传送、数据传送包括寄存器与寄存器、寄存器与存储单元、包括寄存器与寄存器、寄存器与存储单元、存储单元与存储单元。存储单元与存储单元。操作类型（指令类型）操作类型（指令类型）2 2、算术逻辑运算、算术逻辑运算包括定点算术运算、浮点算术运算、逻辑运包括定点算术运算、浮点算术运算、逻辑运算和位操作。算和位操作。3 3、移位操作、移位操作包括算术移位、逻辑移位和循环移位。包括算术移位、逻辑移位和循环移位。第第13页页/共共49页页4 4、程序转移、程序转移无条件转移无条件转移条件转移条件转移子程序调用与返回子程序调用与返回中断及中断指令中断及中断指令5 5、输入输出、输入输出对于对于I/OI/O独立编址的计算机，通常设有专门的独立编址的计算机，通常设有专门的I/OI/O指令，完成指令，完成CPUCPU和和I/OI/O间的数据传送。间的数据传送。6 6、其它、其它包括停机指令、空操作指令、开包括停机指令、空操作指令、开/关中断指令关中断指令和置条件码指令等。和置条件码指令等。第第14页页/共共49页页 寻址方式寻址方式（又称编址方式）指的是确定本条指令（又称编址方式）指的是确定本条指令的数据地址（的数据地址（数据寻址数据寻址）及下一条要执行的指令地址）及下一条要执行的指令地址（指令寻址指令寻址）的方法。）的方法。不同的计算机系统不同的计算机系统,使用数目和功能不同的寻址使用数目和功能不同的寻址方式，其实现的复杂程度和运行性能各不相同。通常方式，其实现的复杂程度和运行性能各不相同。通常需要在指令中为每一个操作数专设一个地址字段，用需要在指令中为每一个操作数专设一个地址字段，用来表示数据的来源或去向的地址。在指令中给出的操来表示数据的来源或去向的地址。在指令中给出的操作数的地址被称为作数的地址被称为形式地址形式地址，使用形式地址信息并按，使用形式地址信息并按一定的规则计算出来的一个数值才是数据（或指令）一定的规则计算出来的一个数值才是数据（或指令）的的实际地址（或有效地址）。实际地址（或有效地址）。返回返回三、寻址方式三、寻址方式第第15页页/共共49页页指令的寻址方式反映了程序的运行轨迹。指令的寻址方式反映了程序的运行轨迹。1、顺序寻址、顺序寻址通过程序计数器通过程序计数器PC加加1，自动形成下一条指，自动形成下一条指令的地址。令的地址。2、跳跃寻址、跳跃寻址对应于程序转移执行的方式，下一条指令的对应于程序转移执行的方式，下一条指令的地址由转移类指令直接指出，而不是由地址由转移类指令直接指出，而不是由PC顺序顺序计数提供。计数提供。PC内容按转移地址重新设置。内容按转移地址重新设置。指令的寻址方式指令的寻址方式第第16页页/共共49页页在指令的操作数地址字段，可能要指出：在指令的操作数地址字段，可能要指出：运算器中的累加器的编号或专用寄存器名称（编号）运算器中的累加器的编号或专用寄存器名称（编号）输入输入/输出指令中用到的输出指令中用到的 I/O I/O 设备的入出端口地址设备的入出端口地址 内存储器的一个存储单元（或一内存储器的一个存储单元（或一 I/OI/O设备设备 ）的地址）的地址数据的寻址方式数据的寻址方式现在的计算机中，寻址方式较多，为了正确、有效地获现在的计算机中，寻址方式较多，为了正确、有效地获得操作数，通常在指令中安排几位标志位表示所用的寻址方得操作数，通常在指令中安排几位标志位表示所用的寻址方式，称为式，称为“寻址方式码寻址方式码”或或“寻址特征码寻址特征码”。指令格式如下：。指令格式如下：有多种有多种 基本寻址方式基本寻址方式 和某些和某些 符合寻址方式符合寻址方式,简介如下简介如下:操作码操作码 寻址特征寻址特征1 D1 寻址特征寻址特征2 D2第第17页页/共共49页页1 1、立即数寻址、立即数寻址 所需的一个所需的一个操作数操作数在指令的地址码部分直接给出。在指令的地址码部分直接给出。适用于操作数固定的情况，提高了指令的执行速度。适用于操作数固定的情况，提高了指令的执行速度。返回返回OPDesImme.DataMod源操作数源操作数v说明说明立即寻址只能作为双操作数指令的源操作数。立即寻址只能作为双操作数指令的源操作数。Operand=Imme.Data例：例：MOV AX,1000H第第18页页/共共49页页2 2、存储器直接寻址存储器直接寻址返回返回 操作数在存储器中操作数在存储器中，指令地址字段直接给出操作数在存，指令地址字段直接给出操作数在存储器中的地址。储器中的地址。OPDesAModDatav说明说明EA=A,Operand=(A)例：例：MOV AX,1000H存储器存储器A第第19页页/共共49页页3 3、寄存、寄存器直接寻址器直接寻址返回返回 指令地址码字段给出某一通用寄存器的编号（地址），指令地址码字段给出某一通用寄存器的编号（地址），且且所需的操作数就在这一寄存器中。所需的操作数就在这一寄存器中。OPDesRiModv说明说明EA=Ri,Operand=(Ri)例：例：MOV AX,1000H Data寄存器寄存器 Ri第第20页页/共共49页页 指令的地址码字段给出的内容既不是操作数，也不指令的地址码字段给出的内容既不是操作数，也不是操作数的地址，而是是操作数的地址，而是操作数地址的地址操作数地址的地址。分为一次间分为一次间接或多次间接寻址。接或多次间接寻址。4 4、存储器间接寻址、存储器间接寻址 返回返回OPDesA1Modv说明说明EA=(A1),Operand=(A1)例：例：MOV R1,(1000H)（PDP-11的指令）的指令）DataA2存储器存储器A2A1第第21页页/共共49页页 指令地址码字段给出某一通用寄存器的编号（地址），指令地址码字段给出某一通用寄存器的编号（地址），该该寄存器中存放的是操作数在内存储器中所在单元的地址寄存器中存放的是操作数在内存储器中所在单元的地址。5 5、寄存器间接寻址、寄存器间接寻址返回返回OPDesRiModA寄存器寄存器RiData存储器存储器Av 说明说明EA=(Ri),Operand=(Ri)例：例：MOV AX,BX第第22页页/共共49页页 操作数在存储器中，指令地址字段给出一基址寄存器操作数在存储器中，指令地址字段给出一基址寄存器和一形式地址，基变址寄存器的内容与形式地址之和是操和一形式地址，基变址寄存器的内容与形式地址之和是操作数的内存地址。作数的内存地址。6 6、基址寻址、基址寻址 返回返回OPDesAMod RbN寄存器寄存器Rb+DataA+N存储器存储器AA+1 v 说明说明EA=(Rb)+A,Operand=(Rb)+A)例：例：MOV AX,1000HBX主要用于为程序或数据分配存储区，对多道程序或浮动程主要用于为程序或数据分配存储区，对多道程序或浮动程序很有用，解决了程序在存储器中的定位和扩大寻址空间序很有用，解决了程序在存储器中的定位和扩大寻址空间等问题等问题。第第23页页/共共49页页7 7、变址寻址、变址寻址 返回返回 操作数在存储器中，指令地址字段给出一变址寄存操作数在存储器中，指令地址字段给出一变址寄存器和一形式地址，变址寄存器的内容与形式地址之和是操器和一形式地址，变址寄存器的内容与形式地址之和是操作数的内存地址。作数的内存地址。OPDesAModRxN寄存器寄存器Rx+DataA+N存储器存储器AA+1 v说明说明EA=(Rx)+A,Operand=(Rx)+A)有的系统中，变址寻址完成后，变址寄存器的内容将自动进行有的系统中，变址寻址完成后，变址寄存器的内容将自动进行调整。调整。Rx (Rx)+（操作数（操作数Data的字节数）的字节数）例：例：MOV AX,1000HDI 主要用于对数组操作和串操作主要用于对数组操作和串操作P316P316表表7.17.1第第24页页/共共49页页 操作数（或指令）的地址由程序计数器操作数（或指令）的地址由程序计数器 PC PC 的内容的内容（即当前执行指令的地址）和指令的地址码相加得到。（即当前执行指令的地址）和指令的地址码相加得到。8 8、相对寻址、相对寻址 返回返回OPDesAModN PC+v说明说明EA=(PC)+A,Operand=(PC)+A)例：例：JNE A主要用于转移指令，对浮动程序很有用。主要用于转移指令，对浮动程序很有用。DataA+N存储器存储器AA+1 P317P317例子例子第第25页页/共共49页页 堆栈是一种存储装置，它依据堆栈是一种存储装置，它依据“后进先出后进先出(LIFO)(LIFO)”的原则存储数据，有寄存器堆栈和存的原则存储数据，有寄存器堆栈和存储器堆栈，目前通常使用存储器堆栈。存储器储器堆栈，目前通常使用存储器堆栈。存储器堆栈是在主存中开辟一块区域，该区域一端固堆栈是在主存中开辟一块区域，该区域一端固定，称为定，称为栈底栈底；一端是浮动的，称为；一端是浮动的，称为栈顶栈顶，栈，栈顶是数据唯一的出入口。顶是数据唯一的出入口。堆栈指针始终指向栈堆栈指针始终指向栈顶顶。9 9、堆栈寻址、堆栈寻址 返回返回 主要有两种堆栈的结构：主要有两种堆栈的结构：第第26页页/共共49页页 空栈情况空栈情况非空栈情况非空栈情况xx.x堆栈指示器堆栈指示器SPSPxx.x栈长栈底栈底/栈顶栈顶存储器存储器Ac-1堆栈指示器堆栈指示器SPSP栈底栈底存储器存储器AaAbAcacb栈顶栈顶压栈操作压栈操作(PUSH)(PUSH)：SP SP-1。(SP)数据数据,出栈操作出栈操作(POP)(POP)：(SP)出栈。出栈。SP SP+1，高址高址低址低址第第27页页/共共49页页 空栈情况空栈情况非空栈情况非空栈情况xx.x堆栈指示器堆栈指示器SPSPxx.x栈长栈底栈底/栈顶栈顶存储器存储器Ac堆栈指示器堆栈指示器SPSP栈底栈底存储器存储器AaAbAcacb栈顶栈顶压栈操作压栈操作(PUSH)(PUSH)：SP SP-1，(SP)数据。数据。出栈操作出栈操作(POP)(POP)：(SP)出栈。出栈。SP SP+1，高址高址低址低址第第28页页/共共49页页PDP-11PDP-11指令简介指令简介PDP-11 是美国是美国60年代初期定型的年代初期定型的16位小型机，曾被广泛位小型机，曾被广泛应用。采用单总线（应用。采用单总线（UNIBUS）结构，）结构，CPU内有内有 8 个通用寄存器个通用寄存器（含（含PC、SP）。）。该机指令的特点是：可以按字或字节寻址，指该机指令的特点是：可以按字或字节寻址，指令中分为处理字或字节数据的两类指令操作码使用逐段扩展技术，令中分为处理字或字节数据的两类指令操作码使用逐段扩展技术，在很短的指令字中充分发挥每位作用。在操作数地址部分，采用在很短的指令字中充分发挥每位作用。在操作数地址部分，采用统一寻址方式访问通用寄存器、主存及外围设备，没有专门的统一寻址方式访问通用寄存器、主存及外围设备，没有专门的 I/O 指令；指令；指令的一个操作数的地址指令的一个操作数的地址用用 6 位表示，如右图所示：位表示，如右图所示：Mod Ri 3 位位八种方式八种方式 3 位位共八个通用寄存器共八个通用寄存器(包括包括SP,PC)第第29页页/共共49页页 Mod Ri 000 Ri Ri 中的内容即为操作数中的内容即为操作数 010 (Ri)+Ri 中的内容为中的内容为操操作数的地址，作数的地址，用后再将用后再将 Ri 的内容的内容+1 或或+2 100 -(Ri)先将先将 Ri 中的内容中的内容-1 或或-2，再用作为操作数的地址再用作为操作数的地址 110 X(Ri)将将 Ri 中的内容与中的内容与 X 相加的和相加的和 作为操作数的地址作为操作数的地址001 (Ri)011 (R)+101 -(Ri)111 X(Ri)寻址方式编号是奇数的模式为间接寻址。寻址方式编号是奇数的模式为间接寻址。8 种寻址方式种寻址方式返回返回第第30页页/共共49页页 当当 Ri 为程序计数器为程序计数器 PC(R7)时时，不能使用不能使用 2、3、6、7 这四种方式：这四种方式：010 111 (R7)+110 111 X(R7)011 111 (R7)+111 111 X(R7)Mod 7 2#n 立即数，立即数，#n为指令的第二个字为指令的第二个字 3#A 绝对地址，绝对地址，#A为指令的第二个字为指令的第二个字 6 A 相对寻址相对寻址 Inst.Addr.+4+X 7 A 间接相对寻址间接相对寻址 X 在指令的第二个字在指令的第二个字此时可以将这四种寻址方式转义用于另外的目的，此时可以将这四种寻址方式转义用于另外的目的，对操作数形式地址对操作数形式地址 27、37、67、77 的具体规定：的具体规定：返回返回第第31页页/共共49页页 Mod Ri Mod Rj OP(1)双操作数指令双操作数指令 四位 六位 六位为增加操作码长度，采用为增加操作码长度，采用 操作码逐段扩展技术操作码逐段扩展技术。双操作数指令操作码用双操作数指令操作码用 4 位，从位，从0001-0110，1001-1110，剩剩 下下 4 个码点个码点 00，07 和和 10，17 用于扩展操作码到更多位；用于扩展操作码到更多位；01 SS DD MOV02 SS DD CMP03 SS DD BIT04 SS DD BIC05 SS DD BIS06 SS DD ADD 11 SS DD MOVB12 SS DD CMPB13 SS DD BITB14 SS DD BICB15 SS DD BISB16 SS DD SUB返回返回第第32页页/共共49页页 Mod Rj OP(2)单操作数指令单操作数指令 十位 六位为增加操作码长度，采用为增加操作码长度，采用 操作码逐段扩展技术操作码逐段扩展技术。单操作数指令的操作码用单操作数指令的操作码用 10 位，从位，从0050-0057，1050-1057，剩剩 下二个码点下二个码点 07，17 用于把操作码扩展到用于把操作码扩展到7位位或更多位；或更多位；0050 DD CLR 0051 DD COM0052 DD INC0053 DD DEC0054 DD NEG0055 DD ADC0056 DD SBC0057 DD TST0001 DD JMP0030 DD SWAP1050 DD CLRB 1051 DD COMB1052 DD INCB1053 DD DECB1054 DD NEGB1055 DD ADCB1056 DD SBCB1057 DD TSTB返回返回第第33页页/共共49页页 Mod Rj OP 单操作数指令（续）单操作数指令（续）N N 十位 六位为增加操作码长度，采用为增加操作码长度，采用 操作码逐段扩展技术操作码逐段扩展技术。单操作数指令的操作码用单操作数指令的操作码用 10 位给出，位给出，编码从编码从0060-0067，1060-1063，操作书地址用，操作书地址用6位给出位给出 0060 DD ROR 0061 DD RPL0062 DD ASR0063 DD ASL0064 NN MARK0065 SS MFPI0066 DD MTPI0067 DD SXT1060 DD RORB 1061 DD ROLB1062 DD ASRB1063 DD ASLB1065 SS MFPD 1066 DD MTPD返回返回第第34页页/共共49页页 OP(3)无操作数指令无操作数指令 十 六 位为增加操作码长度，采用为增加操作码长度，采用 操作码逐段扩展技术操作码逐段扩展技术。无操作数指令操作码无操作数指令操作码 16 位，例如，位，例如，000000000006等码等码 00 00 00 HALT 00 00 01 WAIT00 00 02 RTI00 00 03 BPT00 00 05 IOT00 00 05 RESET00 00 06 RTT00 02 40 NOP10 40 00 EMT10 43 77 10 44 00 TRAP10 47 77 返回返回第第35页页/共共49页页 Ri Mod Rj OP(4)其它特殊指令其它特殊指令 N N 七位 三位 六位为增加操作码长度，采用为增加操作码长度，采用 操作码逐段扩展技术操作码逐段扩展技术。双操作数双操作数,操作码用操作码用 7 位给出，但其中一个只用位给出，但其中一个只用 Ri 表示表示:00 4R DD,07 7R NN 分别为分别为 SOB、JSR指令，指令，07 0R SS 07 4R SS 分别为分别为 MUL、DIV、ASH、ASHC、XOR 单操作数。操作码用单操作数。操作码用 13 位，一个操作数只用位，一个操作数只用 Ri 表示表示00 02 0R 为为 RTS,07 50 0R 07 50 1R 为为FADD、FSUB00 02 3N 为为 SPL,07 50 2R、07 50 3R 为为FMUL、FDIV Rj OP 十三位 三位 N返回返回第第36页页/共共49页页 相对转移指令相对转移指令,操作码用操作码用 7 位给出，转移偏移量用位给出，转移偏移量用 8 位补码位补码 OP 其它特殊指令（续）其它特殊指令（续）八位 八位为增加操作码长度，采用为增加操作码长度，采用 操作码逐段扩展技术操作码逐段扩展技术。X X X00 04 XXX BR00 10 XXX BNE00 14 XXX BEQ00 20 XXX BGQ00 24 XXX BLT00 30 XXX BGT00 34 XXX BLE10 00 XXX BPL10 04 XXX BMI10 10 XXX BHI10 14 XXX BLOS10 20 XXX BVC10 24 XXX BVS10 30 XXX BCC、BHIS10 34 XXX BCS、BLD返回返回第第37页页/共共49页页 Mod Ri Mod Rj OP 指令格式小结：指令格式小结：四位 六位 六位 Ri Mod Rj OP（7）Mod Rj OP（10）Rj OP（13）OP（16）OP（8）为增加操作码长度，采用为增加操作码长度，采用操作码逐段扩展技术操作码逐段扩展技术 N N OP（10）N OP（13）X X X返回返回第第38页页/共共49页页指令格式设计指令格式设计P323例例.第第39页页/共共49页页RISC RISC 技术技术 由于历史的原因，计算机的指令系统为了适应由于历史的原因，计算机的指令系统为了适应程序的兼容性、编程的简洁性和硬件系统功能的完程序的兼容性、编程的简洁性和硬件系统功能的完善性，把以前用软件可以实现的功能改为用指令实善性，把以前用软件可以实现的功能改为用指令实现，使得计算机指令系统越来越复杂，这种计算机现，使得计算机指令系统越来越复杂，这种计算机称为称为“复杂指令系统计算机复杂指令系统计算机”，简称，简称CISC。CISC的指令系统一般包含二的指令系统一般包含二三百条指令，但三百条指令，但测试表明，仅测试表明，仅20%指令使用的频率超过指令使用的频率超过80%，80%指令的使用频率不足指令的使用频率不足20%。RISC（精简指令系统计算机）（精简指令系统计算机）针对上述情况，针对上述情况，作出如下安排：作出如下安排：第第40页页/共共49页页 指令系统中仅选取使用频率最高的一些简指令系统中仅选取使用频率最高的一些简 单指令；单指令；少少 指令长度固定，指令格式种类少，寻址方指令长度固定，指令格式种类少，寻址方 式种类少；式种类少；固定固定+规整规整 只有取数只有取数/存数指令访问存储器，其余指令存数指令访问存储器，其余指令 的操作都在寄存器内完成；的操作都在寄存器内完成；两条访存指令两条访存指令 采用流水线技术及超标量和超流水线技术，使采用流水线技术及超标量和超流水线技术，使得大部分指令在一个时钟周期内完成；得大部分指令在一个时钟周期内完成；流水流水 控制器采用组合逻辑控制；控制器采用组合逻辑控制；CPUCPU中设计多个通用寄存器；中设计多个通用寄存器；采用优化编译程序。采用优化编译程序。第第41页页/共共49页页本章小结本章小结指令格式指令格式:操作码操作码 操作数地址操作数地址固定长度固定长度可变长度可变长度（操作码扩展）（操作码扩展）零地址零地址一地址一地址二地址二地址三地址三地址2.寻址方式寻址方式 外设寻址外设寻址与内存统一编址方式与内存统一编址方式 独立编址方式：输入独立编址方式：输入/输出端口寻址输出端口寻址主存寻址主存寻址寄存器寻址寄存器寻址 寄存器直接寻址寄存器直接寻址直接寻址直接寻址变址寻址变址寻址寄存器间址寄存器间址间接寻址间接寻址相对寻址相对寻址基地址寻址基地址寻址立即数寻址立即数寻址堆栈寻址堆栈寻址1.指令的一般格式指令的一般格式返回返回第第42页页/共共49页页本本 章章 作作 业业 P335 8、16第第43页页/共共49页页例题设某机采用按设某机采用按字编址字编址的主存贮器，一条的主存贮器，一条双字长双字长单单地址的地址的LOAD指令存储在主存指令存储在主存200单元起始的存储单元起始的存储位置，该指令将指定地址的内容装入累加器位置，该指令将指定地址的内容装入累加器AC中。指令的中。指令的第一个字第一个字指定操作码和寻址方式，指定操作码和寻址方式，第第二个字二个字是形式地址是形式地址D。其寻址方式字段可指定任。其寻址方式字段可指定任何一种寻址方式，何一种寻址方式，CPU中各寄存器与主存相关单中各寄存器与主存相关单元的内容如下图示。问在以下寻址方式中，存储元的内容如下图示。问在以下寻址方式中，存储器有效地址器有效地址EA的表达式及计算值？并进一步指出的表达式及计算值？并进一步指出装入累加器装入累加器AC的值是多少？的值是多少？第第44页页/共共49页页例题（1）直接寻址）直接寻址（2）立即数寻址）立即数寻址（3）间接寻址（一次）间接寻址（一次）（4）相对寻址）相对寻址（5）变址寻址（变址寄存器）变址寻址（变址寄存器IX）（6）寄存器（）寄存器（R1）寻址）寻址（7）寄存器（）寄存器（R1）间接寻址）间接寻址第第45页页/共共49页页第第46页页/共共49页页（1）直接寻址）直接寻址 EA=D=500 AC=800（2）立即数寻址）立即数寻址 EA=PC+1=201 AC=500（3）间接寻址（一次）间接寻址（一次）EA=（D）=（500）=800 AC=300（4）相对寻址）相对寻址 EA=PC+2+D=202+500=702 AC=325 第第47页页/共共49页页（5）变址寻址（变址寄存器）变址寻址（变址寄存器IX）EA=IX+D=100+500=600 AC=900（6）寄存器（）寄存器（R1）寻址）寻址 EA=R1 AC=400（7）寄存器（）寄存器（R1）间接寻址）间接寻址 EA=（R1）=400 AC=700 第第48页页/共共49页页感谢观看！感谢观看！第第49页页/共共49页页